Kometen

Komet Hale-Bopp, 11. März 1997, Quelle: Wikipedia

Die Kometen sind Himmelskörper, die zu unserem Sonnensystem gehören und die mit ihren auffälligen Schweifen bereits in der Antike beobachtet wurden. Man betrachtete sie damals als Unglückboten; die Tatsache, dass sie so plötzlich zwischen den Sternen auftauchten und bisweilen auch tagsüber zu sehen waren, wurde als Zeichen des Zorns der Götter angesehen.

Erst in der Renaissance wurden die Kometen dank Tycho Brahe in den Rang von vollwertigen Himmelskörper erhoben. Kepler entdeckte, dass die Kometen regelmäßigen Bahnen folgen, die von Newton als Ellipsen oder Parabeln beschrieben wurden. Der erste Komet, dessen Umlaufbahn man exakt berechnen und so seine Wiederkehr vorhersagen konnte, war der Halleysche Komet.


Der Kern:

Kometen besitzen einen Kern aus Gestein und Eis, der von einer Gashülle, der so genannten Koma umgeben ist. Besonders charakteristisch ist der leuchtende Schweif der Kometen, der viele Millionen Kilometer lang werden kann. Der amerikanische Astronom Fred Whipple bezeichnete den Kern eines Kometen einmal als eine Art „schmutziger Schneeball“. Durch die europäische Raumsonde Giotto, die 1986 sich dem Halleyschen Kometen näherte, wurde bestätigt, dass der Gesteinskern außer Wasser noch Staub, verschiedene gefrorene Gase und organische Verbindungen enthält.

Der Kern eines Kometen weist ein sehr geringes Rückstrahlungsvermögen (Albedo) auf; das von Halley liegt bei 0,027, d.h. dass er mehr 97% des auftreffenden Lichts absorbiert. Deshalb ist ein Komet in großer Entfernung von der Sonne, wenn das Gas noch gefroren ist, praktisch unsichtbar. Der Kern kann schwarz, grau oder rot gefärbt sein – je nachdem, in welchem Verhältnis Staub und Eis an der Oberfläche vorhanden sind.

Die chemische Zusammensetzung des Kerns war auch vor der Giotto-Mission bekannt – und zwar auf Grund der Spektralanalyse der emittierten Gase. Man findet im Kern herkömmliche Silikate, einen großen Anteil an flüchtigen Elementen in Form von Atomen, aber auch an – bisweilen sehr komplexen – Molekülen aus Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff sowie OH-Radikale.

Kometenkerne zeichnen sich durch eine eher unregelmäßige Form aus und bewegen sich zumeist in der Größenordnung von mehreren Kilometern. Die Dichte ist allgemein sehr gering; sie macht das 0,2 – 1,2 fache des Wassers aus. So wie die meisten Himmelskörper drehen sich auch die Kometen um eine Achse, wobei die Rotationsperiode von wenigen Stunden bis zu ca. zehn Tagen reichen kann.

Die Koma:

Wenn sich ein Komet in den sonnennäheren Bereichen aufhält, so beginnt das Eis auf Grund der zunehmenden Wärme zu schmelzen bzw. zu sublimieren, und es bildet sich rund um den Kern eine Gashülle, die Koma. Zunächst verflüchtigen sich Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, und später, wenn der Komet den Bereich zwischen Jupiter und Mars erreicht, verdunstet auch das Eis. Angesichts der geringen Gravitation, die vom Kern ausgeht, verflüchtigen sich die abgesetzten Gase im Raum und werden kontinuierlich durch neues Material ersetzt.

Die Verdunstung findet nur auf der Seite des Kerns statt, die die Sonne zugewandt ist, da zwischen den beiden Seiten ein gravierender Temperaturunterschied besteht.

Die wichtigsten Bestandteile der Koma sind neben den bereits erwähnten vor allem Formaldehyd und Methan, doch es finden sich darin auch kleine feste Teilchen und winzige Staubkörner. Während weite Teile des Kerns inaktiv sind, kann man in manchen Bereichen jetförmige Materieausstöße beobachten, die mehrere hunderttausend Kilometer lang werden können. Durch den Lichtdruck der Sonnenstrahlung wird das ausgestoßene Material von der Sonne weg gelenkt und bildet einen Schweif. Der Schweif zeigt also immer von der Sonne weg.

Durch den Materieausstoß bildet sich eine Gashülle um den Kometenkern, deren Temperatur im Bereich der Materieausstöße -3° C beträgt, während sie in anderen Bereichen auf -253° C absinkt. Wenn sich die Moleküle auf Grund der geringen Dichte in der Koma aufspalten und im Zuge einer exothermen Reaktion Energie freisetzen, kann die Temperatur auf ca. -173° C ansteigen.

Der mittlere Durchmesser der Koma eines Kometen beträgt ca. 100.000 km, doch Dichte und Masse der Gashülle sind stets sehr gering.


Der Schweif:

Wenn ein Komet zu leuchten beginnt und dadurch sichtbar wird, so ist sein hervorstechendstes Merkmal sein Schweif. Er kann zwar unglaubliche Ausmaße erreichen, doch enthält 1 km³ weniger Materie als 1 mm³ der irdischen Atmosphäre.

Der Schweif wird aus dem Gas der Koma gebildet und zeigt stets in die der Sonne entgegengesetzte Richtung. Anfangs dachte man, dass allein die Sonnenstrahlung diese Ausrichtung bewirke, doch heute weiß man, dass der entscheidende Faktor für dieses Phänomen der Sonnenwind ist. Die Kraft, die die Teichen des Sonnenwindes auf die Gasmoleküle der Koma ausüben, ist 100mal stärker als die von der Sonne ausgehende Gravitation, sodass der Schweif von der Sonnen wegstrebt. Der Sonnenwind ist jedoch nicht konstant, sodass sich im Schweif immer wieder Knicke, Bruchstellen und Verwirbelungen bilden können. Auch die Flares und andere Erscheinungen der Sonnenaktivität können bisweilen die Form des Schweifs beeinflussen und ihn beispielsweise verbiegen. In Wirklichkeit hat ein Komet stets zwei Schweife – einen aus ionisierten Gas und einen aus Staub.


Ursprung der Kometen:

Die Kometen gehören zu den ältesten Körpern des Sonnensystem. Ihre Kerne sind ebenso wie die Planetoiden Überreste des Sonnennebels, jener Scheibe aus Gas und Staub, aus der sich die Sonne und Planeten gebildet haben. In einer Umlaufbahn zwischen 30.000 und 50.000 AE befinden sich jedoch eine Unmenge solcher kleiner Objekte. Auf Grund der Gravitationswirkung der Planeten so wie vielleicht auch mancher nahe gelegener Sterne ändert sich die Bahn mancher Kometen, sodass sie in den Bereich der größeren Planeten gelangen, bisweilen sogar in die Nähe der Erde.

Der holländische Astrophysiker Jan Oort (1900 bis 1992) war der Erste, der die Existenz einer „Wolke“ von Kometenkernen vorhersagte, die sich im Randbereich des Sonnensystems befindet. In einer dermaßen großen Entfernung von der Sonne liegt die Temperatur in der Nähe des absoluten Nullpunkts, sodass sich in solchen Objekten Kohlenmonoxid, Methan und Schwefel in molekularer Form erhalten konnte, die schon bei einigen Dutzend Grad Kelvin gasförmig werden.

Es dürften insgesamt einige hundert Milliarden Kometenkerne im Inneren der Oortschen Wolke vorhanden sein. Allerdings geht man heute davon aus, das die kurzperiodischen Kometen Kuiper-Gürtel jenseits der Neptun-Umlaufbahn liegen.


Die Bahnen der Kometen:

Wenn die Bahn eines Kometen beeinträchtigt wird und dieser ins Innere des Sonnensystems wandert, wird er von der Gravitation der Planeten eingefangen, vor allem von jener des Jupiters, dem größten der acht Planeten. Manche Kometen schlagen eine hyperbolische Bahn ein, die sie ein einziges Mal in die Nähe der Sonne führt, worauf sie in den interstellaren Raum verschwinden. Andere Kometen haben eine elliptische Bahn mit mehr oder weniger starker Exzentrizität; solche Kometen kehren immer wieder in die Nähe der Sonnen zurück – sie sind also periodisch. Als kurzperiodische Kometen bezeichnet man solche, die einen Umlauf in weniger als 200 Jahren vollenden. Im Allgemeinen weisen diese Kometen eine sehr geringe Neigung zur Ekliptik auf und ihre Bahnen sind denen der Planeten ähnlich.

Quelle: JPL/NASA

Der bekannteste kurzperiodische Komet ist der Halleysche Komet, der alle 76 Jahre seine Umlaufbahn vollendet. Er war 1986 das letzte in der Nähe unseres Planeten aufgetaucht.

Wie gesagt, ist ein Komet, solange er fern von der Sonne weilt, für uns unsichtbar. Sobald er sich jedoch der Sonne nähert, beginnt das Eis auf der sonnenbeschienen Seite zu sublimieren, und es bilden sich aus dem abgestoßenen Gas die Koma und der Schweif. Man geht davon aus, das ein kurzperiodischer Komet, nachdem er mehrere hundert Mal an der Sonne vorübergewandert ist, kein Material mehr hat, das er abstoßen kann, und fortan ein dunkler Körper ist, ähnlich einem Planetoiden.

Wenn das vom Kometen abgestoßene Material die Erdumlaufbahn kreuzt und in die Atmosphäre eintritt, bildet es Meteorströme – ein Phänomen, das gemeinhin als Sternschnuppen bekannt ist.

Die folgende Tabelle enthält einige Kometen, die von Raumsonden besucht wurden oder deren Besuch geplant ist:

NameEntdeckungRaumschiffDatumGrößte
Annäherung
(km)
Bemerkungen
Borrelly1904Deep Space 12001?Vorbeiflug
Giacobini-Zinner1900ICE19857800Vorbeiflug
Grigg-Skjellerup1902Giotto1992200Vorbeiflug
Halleyseit der Antike bekanntGiotto1986596Vorbeiflug
Hartley 21986EPOXI
(war Deep Impact)
2010700Vorbeiflug, kleinster untersuchter Komet
Tempel 11867Deep Impact2005ImpaktorVorbeiflug und Rückflug zur Erde
Tschurjumow-Gerasimenko1969Rosetta2014?Planung
Wild 21978Stardust2004240Vorbeiflug und Rückflug zur Erde (Sample return mission)

Quelle der Tabelle: Wikipedia